功率放大器在透明式定向发声换能器的研究与设计中的应用

实验名称:

功率放大器在透明式定向发声换能器实验测试与验证中的应用

实验设备:

动态信号分析仪，精密阻抗分析仪，混合域示波器和任意函数发生器，ATA-4011功率放大器等。

实验内容:

提出透明式定向发声换能器技术要求，设计了一种基于逆压电效应的有效的透明式定向发声换能器结构一一压电双夹片式的圆形多层悬膜透明式换能器结构，通过仿真得到一阶谐振频率和声压级的大小随着阵元半径的增大而降低、随着弹性层或绝缘层厚度增大而增大等影响，选择仿真结果符合设计研究目标的换能器进行样品的加工制作。

实验过程:

声频定向换能器测试系统如图所示，测试的整体流程可总结为：信号由任意函数发生器产生，经动态信号分析仪分析后，储存至电脑并发出，信号类型为正弦输入信号。

通过DSP系统处理接受到的信号，处理后的声音信号经过功率放大器装置进行放大；将放大后的两列超声信号通过换能器向空气中发射，超声波在空气中自主地发生非线性解调效应，产生高指向的可听声;传声器的把可听声信号转化为电信号，通过信号采集设备接收和采集; 使用混合域示波器对信号进行分析; 使用动态信号分析仪显示信号。

 

（1）换能器超声声压级和频率响应测试；
 

 

（2）指向性测试。

 

实验结果:

通过将一系列的样品进行测试后，剔除不可控的因素和加工导致的样品不规范的原因，得到了两组测试结果较好的数据。

 

样品频响曲线

 

      仿真与实验结果表明，所设计透明式定向发声换能器具有良好的指向性，主瓣波束的指向角在±30°之间；实验测试得到的一阶谐振频率和声压级的大小与通过理论计算和仿真得到的结果在误差范围内保持一致。

样品指向性

 

换能器的工作频率在超声范围内(30kHz -70kHz)，声压级能达到70dB以上，验证了所设计的透明式定向发声换能器具有一定的可行性。

 

实验中所用到的功率放大器ATA-4011参数指标：

注：此实验案例参考自知网论文《透明式定向发声换能器的研究与设计》